ITMI20132144A1

ITMI20132144A1 - Motore elettrico

Info

Publication number: ITMI20132144A1
Application number: IT002144A
Authority: IT
Inventors: Carlos Jose Ceva
Original assignee: Ga Ma S R L
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2015-06-20
Also published as: WO2015092759A3; AR100301A1; WO2015092759A2; EP3084954A2

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un motore elettrico a collettore, particolarmente un motore elettrico a collettore per azionare la ventola di un apparecchio elettrico quale un apparecchio asciugacapelli e simili.

Secondo un ulteriore aspetto la presente invenzione si riferisce altresì ad un metodo per gestire il funzionamento di un motore elettrico a collettore .

Per semplicità di esposizione, la presente descrizione è fatta in modo non limitativo considerando un motore elettrico destinato ad essere utilizzato in un apparecchio asciugacapelli.

Come è noto gli apparecchi asciugacapelli prevedono all'interno di un corpo di contenimento la presenza di resistenze elettriche di riscaldamento posizionate in un condotto d'aria, nonché la presenza di una ventola, la quale è azionata da un motore elettrico al fine di assicurare nel suddetto condotto un opportuno flusso continuo di aria che dopo essere stata aspirata dall'esterno dell'apparecchio asciugacapelli viene fatta transitare per detto condotto d'aria prima di essere scaricata attraverso una bocchetta di erogazione.

Nel suddetto condotto d'aria il flusso di aria aspirato viene riscaldato dalle suddette resistenze elettriche, generalmente costituite da uno o più fili metallici resistivi posizionate nel suddetto condotto d'aria. Il dimensionamento delle resistenze elettriche e la determinazione della loro temperatura di esercizio sono effettuati tenendo nella corretta considerazione le condizioni dinamiche di impiego, vale a dire tenendo conto della portata d' aria che durante il normale funzionamento dell'apparecchio asciugacapelli si trova a transitare nel suddetto condotto d'aria e dunque ad investire le resistenze elettriche ivi posizionate, assicurandone il continuo raffreddamento per sottrazione di calore.

Nei suddetti apparecchi asciugacapelli, la ventola è posizionata nella parte posteriore del corpo di contenimento, cosicché il motore elettrico viene a trovarsi sottovento rispetto alla ventola stessa.

Solitamente, le ventole impiegate sono di tipo centrifugo o di tipo assiale, con la precisazione che le ventole centrifughe sono generalmente impiegate in asciugacapelli per uso professionale, nei quali è previsto l'utilizzazione di motori universali dotati di avvolgimenti statorici e rotorici che permettono un'alimentazione diretta dalla rete ma richiedono la presenza di opportuni componenti elettrici e/o elettronici, ad esempio condensatori, idonei a lavorare con tensioni elevate, dell'ordine di 370-400 Volt, risultando oltretutto penalizzati in termini di peso ed ingombri del motore. L'utilizzo di questa tipologia di motori non è dunque molto ben vista per essere utilizzata in apparecchi asciugacapelli per uso domestico che devono avere dimensioni molto contenute.

Differentemente, le ventole di tipo assiale sono impiegate negli apparecchi asciugacapelli per uso domestico in abbinamento ad un motore a corrente continua. Questo tipo di motore richiede un circuito di alimentazione composto da un ramo di resistenza di caduta dì tensione ed un ponte di diodi per il raddrizzamento da corrente alternata a continua.

Rispetto ai suddetti motori universali i motori a corrente continua sono di più basso costo, di dimensioni molto più contenute e di minor peso, seppure a scapito di una minor durata. In particolare, ciò che penalizza maggiormente la durata dei motori a collettore è il problema dello scintillio delle spazzole di commutazione.

Particolarmente per apparati elettrici destinati ad un uso intenso e prolungato, ad esempio gli apparecchi asciugacapelli per uso professionale, sono stati proposto l'utilizzo di motori brushless, con tecnologia trifase, in considerazione delle prestazioni che tali motori possono offrire, anche in termini di durata. In particolare, questi motori prevedono la sostituzione del commutatore meccanico con un circuito MOSFET, cioè con un commutatore elettronico, il quale, opportunamente pilotato da un circuito generatore, provvede ad effettuare la commutazione necessaria a produrre la rotazione del campo magnetico e quindi del rotore.

Per conto l'utilizzo dei suddetti motori brushless risulta essere non particolarmente adatta per elettrodomestici di piccole dimensioni che richiedono di essere impugnati i movimentati manualmente dall'utente. Ciò dipende dal fatto che la componentistica implementata in tali motori determina un considerevole aumento di peso e degli ingombri di un motore brushless rispetto alle restanti tipologie di motori. Essenzialmente, ciò dipende dal fatto che questi motori richiedono:

- di dover raddrizzare la tensione di rete, il che costringe ad utilizzare condensatori di alimentazione di alta tensione, molto ingombranti oltre che costosi e

- un numero pari di coppie di mosfet di alta tensione che, dovendo operare con tensioni fino a 400 Volt previste all'<'>interno di tali motori, presentano necessariamente un ingombro elevato e risultano essere piuttosto costosi.

Al riguardo occorre evidenziare che l'impiego di condensatori sull'alimentazione in ingresso, al fine di abbassare la tensione di lavoro a cui si trovano ad operare i mosfet non risulta essere particolarmente vantaggiosa e risolutiva delle problematiche. Ciò dipende dal fatto che i condensatori di alimentazione da utilizzarsi all'ingresso con l'alto voltaggio previsto devono necessariamente essere grossi e dunque costosi. Oltretutto, questo tipo di condensatori può dare origine ad indesiderati malfunzionamenti che possono causare lo scoppio di tali condensatori.

In considerazione di quanto sopra esposto, è evidente come oggigiorno sia molto sentita l'esigenza di poter disporre di motori elettrici che siano più performanti in termini di durata e prestazioni, pur a fronte di dimensioni e peso ridotti così da poter essere facilmente alloggiabili anche all'interno di piccoli elettrodomestici quali un apparecchio asciugacapelli e simili.

Il problema alla base della presente invenzione è quello di escogitare un motore elettrico a collettore il quale presenti caratteristiche strutturali e funzionali tali da soddisfare la suddetta esigenza, ovviando nel contempo agli inconvenienti di cui si è detto con riferimento alla tecnica nota.

Tale problema è risolto da un motore elettrico a collettore in accordo con la rivendicazione 1.

Secondo un ulteriore aspetto tale problema è risolto altresì da un metodo per gestire il funzionamento di un motore elettrico a collettore in accordo con la rivendicazione 9.

Ulteriori caratteristiche ed i vantaggi del motore elettrico secondo la presente invenzione risulteranno dalla descrizione di seguito riportata di un suo esempio preferito di realizzazione, data a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento alle annessa figure in cui:

- la figura 1 mostra lo schema elettrico di un motore elettrico monofase secondo l'invenzione,

- la figura 2 mostra lo schema elettrico di un motore elettrico bifase secondo l'invenzione e

- la figura 3 rappresenta una vista prospettica parziale dello statore del motore secondo l'invenzione con alcuni lamierini del pacco statorico in esploso.

Con riferimento alle suddette figure, il motore elettrico secondo la presente invenzione è genericamente contraddistinto con 1.

Più specificatamente, il motore elettrico 1 è un motore destinato ad essere impiegato in un apparecchio asciugacapelli [non illustrato] al fine di azionare in rotazione una ventola per l'aspirazione di aria, essendo altresì possibile prevedere l'utilizzo di tale motore in piccoli elettrodomestici di altro tipo.

L'apparecchio asciugacapelli comprende un corpo di contenimento all'interno del quale un condotto d'aria si estende fra un'apertura di aspirazione dì aria ed un'apertura dì scarico dell'aria aspirata.

All'interno del suddetto condotto d'aria è posizionata una ventola di aspirazione azionata dal suddetto motore elettrico 1 posto a valle della ventola di aspirazione.

Tale ventola di aspirazione, quando è azionata in rotazione dal motore elettrico 1, è preposta a generare un flusso d'aria all'interno del suddetto corpo di contenimento fra l'apertura di aspirazione e l'apertura di scarico.

All'interno del suddetto condotto d'aria, più precisamente fra il motore elettrico 1 e la suddetta apertura di scarico dell'aria, sono posizionati mezzi di riscaldamento elettrico, ad esempio costituiti da uno o più fili metallici resistivi, atti a generare la quantità di calore necessaria per scaldare il flusso transitante nel suddetto condotto ed espulso attraverso la suddetta apertura di scarico dell'aria.

Per quanto riguarda il motore elettrico 1, lo stesso comprende:

- uno statore 2;

- un rotore 3 girevolmente supportato in rotazione in detto statore 2;

avvolgimenti statorici 4 associati allo statore 2 per generare un campo magnetico statorico;

- avvolgimenti rotorici 5 associati al rotore 3 per generare un campo magnetico rotorico, nonché

- mezzi elettronici di commutazione elettronica 7. Vantaggiosamente :

- i suddetti avvolgimenti rotorici 5 individuano elementi induttivi per determinare una caduta di tensione rotorica AV nella corrente in essi circolante rispetto alla tensione di alimentazione VMcon cui sono alimentati e

- i suddetti mezzi elettronici di commutazione elettronica operano in serie elettrica ai suddetti avvolgimenti rotorici 5 per lavorare ad una tensione Vscorrispondente alla tensione VMcon cui detti avvolgimenti rotorici 5 sono alimentati diminuita di detta caduta di tensione rotorica AV, così da rendere possibile l'impiego di mezzi elettronici dì commutazione a basso voltaggio.

Preferibilmente i suddetti avvolgimenti rotorici 5 associati al rotore 3 sono alimentati in corrente alternata AC dalla rete elettrica ad una prefissata tensione di rete VMattraverso contatti striscianti non commutati, mentre i suddetti mezzi elettronici di commutazione elettronica effettuano una commutazione elettronica della corrente per detti avvolgimenti statorici 4 associati allo statore 2.

Preferibilmente, i suddetti avvolgimenti rotorici 5 associati al rotore 3 sono direttamente alimentati in corrente alternata AC dalla rete elettrica alla prefissata tensione di rete VMattraverso contatti striscianti non commutati, senza dunque prevedere la presenza di condensatori o altro per ridurre la tensione applicata all'ingresso di detti avvolgimenti rotorici 5.

I suddetti mezzi elettronici di commutazione elettronica 7 invertono il campo magnetico statorico in modo corrispondente ad ogni inversione ciclica del campo magnetico rotorico determinato dalle inversioni di fase della corrente dì alimentazione proveniente dalla rete con cui gli avvolgimenti rotorici 5 sono alimentati .

Con riferimento ai suddetti mezzi elettronici di commutazione elettronica si evidenzia che gli stessi comprendono mezzi interruttori a transistore 7, preferibilmente MOSFET.

Con riferimento al motore 1 illustrato in figura 1, si evidenzia che lo stesso è del tipo monofase e prevede una coppia di MOSFET per una modalità sincrona monofase .

La figura 2 si riferisce ad un motor bifase impiegante due coppie di MOSFET per una modalità sincrona bifase.

In accordo con l'invenzione, il metodo per gestire il funzionamento di un motore elettrico del tipo precedentemente descritto comprende le fasi di:

alimentare ad una prefissata tensione VMi suddetti avvolgimenti rotorici 5 associati al rotore 3 per generare un campo magnetico rotorico;

- alimentare i suddetti avvolgimenti statorici 4 associati allo statore 2 per generare un campo magnetico statorico,

in cui:

- gli avvolgimenti rotorici individuano elementi induttivi per determinare una caduta di tensione rotorica AV nella corrente in essi circolante rispetto alla tensione di alimentazione VMcon cui sono alimentati, mentre

- il motore elettrico 1 comprende mezzi elettronici di commutazione elettronica che operano in serie elettrica ai suddetti avvolgimenti rotorici per lavorare ad una tensione Vscorrispondente alla tensione VMcon cui detti avvolgimenti rotorici 5 sono alimentati diminuita della caduta di tensione rotorica AV, così da rendere possibile l'impiego di mezzi elettronici di commutazione a basso voltaggio.

Preferibilmente :

-i suddetti avvolgimenti rotorici 5 associati a detto rotore 3 sono alimentati in corrente alternata AC dalla rete elettrica ad una prefissata tensione di rete VMattraverso contatti striscianti non commutati e

- i suddetti mezzi elettronici di commutazione elettronica effettuano una commutazione elettronica della corrente per detti avvolgimenti statorici 4 associati al statore 2.

Preferibilmente, i suddetti mezzi elettronici di commutazione elettronica 7 effettuano un'inversione ciclica del campo magnetico statorico in modo corrispondente ad ogni inversione ciclica del campo magnetico rotorico determinato dalle inversioni di fase della corrente di alimentazione proveniente dalla rete con cui gli avvolgimenti rotorici 5 sono alimentati.

Come risulta da quanto sopra descritto, il motore secondo l'invenzione, così come il metodo secondo l'invenzione per la gestione di un motore elettrico, consentono di soddisfare l'esigenza precedentemente evidenziata.

Infatti, il motore secondo l'invenzione consente di soddisfare la suddetta esigenza adottando un sistema misto, nel quale le spazzole di alimentazione del rotore individuano contatti striscianti non commutati in grado di assolvere solo la funzione di connessione/alimentazione elettrica degli avvolgimenti rotorici, dal momento che la commutazione è affidata ad una coppia di mosfet per una modalità sincrona monofase o a più coppie di mosfet per motori a più fasi.

La soluzione tecnica implementata nel motore elettrico 1 secondo l'invenzione:

- consente di conseguire una notevole riduzione di componenti elettronici,e

- non richiede l'utilizzo di componenti elettronici dimensionati per lavorare con alte tensione di esercizio, in quanto l'avvolgimento rotorico, provvede alla riduzione di tensione verso il circuito elettronico posto a valle in serie elettrica.

In accordo con la forma di realizzazione mostrata in figura 3, lo statore 2 è formato da una pluralità di lamierini statorici 21 accostati a pacco fra loro per formare un pacco statorico.

Tali lamierini statorici 21 presentano un profilo perimetrale comprendente porzioni perimetrali sporgenti 22 e porzioni perimetrali rientranti 23 rispetto all'asse dello statore 2. Vantaggiosamente, almeno due lamierini statorici 21 di detto pacco statorico sono posizionati in modo che a prime sporgenze perimetrali 22 di un primo lamierino statorico 21 corrispondano rientranze perimetrali 23 di un secondo lamierino statorico, dette prime sporgenze perimetrali 22 del primo lamierino statorico 21 individuando una alettatura perimetrale in detto pacco statorico per incrementare la dissipazione del calore .

Preferibilmente, i lamierini statorici 21 contigui di detto pacco statorico sono posizionati in modo che a prime sporgenze perimetrali 22 di un lamierino statorico corrispondano rientranze perimetrali 23 del lamierino statorico 23 contiguo, sostanzialmente come rappresentato in figura 3.

Nel funzionamento del motore elettrico secondo l'invenzione, gli avvolgimenti rotorici, non essendo sottoposti al lavoro dei mosfet di commutazione, ma liberamente posti in serie al circuito della rete a 50 o 60Hz, assolvono alla doppia funzione di caduta di tensione e di generazione del campo magnetico rotorico .

Questo campo magnetico sarà chiaramente alternato come l'alimentazione di rete, ma occorre considerare che, come precedentemente descritto, il circuito di pilotaggio dei MOSFET provvede nel contempo ad invertire ciclicamente anche il campo statorico, che provvede alla rotazione del campo magnetico, nonché all'inversione della polarità sulla frequenza di rete.

I principali vantaggi conseguibili con il motore elettrico secondo l'invenzione sono:

non sono necessari componenti elettronici idonei a lavorare con tensioni elevate;

- la parte rotorica lavora in corrente alternata di rete, quindi non è richiesta la presenza di alcun, grosso condensatore di stabilizzazione;

- i contatti striscianti per l’alimentazione del rotore, non svolgono la funzione di commutazione, ovviando con ciò al problema della durata limitata nel tempo e

la semplificazione strutturale apportata consente di integrare all'interno del motore le parti elettroniche senza che l'ingombro del motore ne risulti penalizzato.

Ovviamente, un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche, potrà apportare numerose modifiche e varianti al motore elettrico sopra descritto, tutte peraltro contenute nell'ambito di protezione dell'invenzione quale definito dalle seguenti rivendicazioni.

Così ad esempio è possibile prevedere un motore elettrico a più fasi, ad esempio un motore elettrico trifase, così come è possibile realizzare un motore avente più di due poli magnetici.

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Claims

RIVENDICAZIONI 1. Motore elettrico, comprendente: - uno statore (2); un rotore (3) girevolmente supportato in rotazione in detto statore (2); avvolgimenti statorici (4) associati a detto statore (2) per generare un campo magnetico statorico; avvolgimenti rotorici (5) associati a detto rotore (3) per generare un campo magnetico rotorico e - mezzi elettronici di commutazione elettronica, caratterizzato dal fatto di comprendere: detti avvolgimenti rotorici individuano elementi induttivi per determinare una caduta di tensione rotorica (AV) nella corrente in essi circolante rispetto alla tensione di alimentazione (VM) con cui sono alimentati e detti mezzi elettronici di commutazione elettronica operano in serie elettrica a detti avvolgimenti rotorici per lavorare ad una tensione (Vs) corrispondente alla tensione (VM) con cui detti avvolgimenti rotorici (5) sono alimentati diminuita di detta caduta di tensione rotorica (AV), così da rendere possibile l'impiego di mezzi elettronici di commutazione a basso voltaggio.
2. Motore elettrico in accordo con la rivendicazione 1, in cui: detti avvolgimenti rotorici (5) associati a detto rotore (3) sono alimentati in corrente alternata AC dalla rete elettrica ad una prefissata tensione di rete (VM) attraverso contatti striscianti non commutati ; detti mezzi elettronici di commutazione elettronica effettuano una commutazione elettronica della corrente per detti avvolgimenti statorici (4) associati a detto statore (2).
3. Motore in accordo con la rivendicazione 1 o 2, in cui detti avvolgimenti rotorici (5) associati a detto rotore (3) sono direttamente alimentati in corrente alternata AC dalla rete elettrica alla prefissata tensione di rete (VM) attraverso contatti striscianti non commutati.
4 . Motore in accordo con una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui detti mezzi elettronici di commutazione elettronica (7) invertono il campo magnetico statorico in modo corrispondente ad ogni inversione ciclica del campo magnetico rotorico determinato dalle inversioni di fase della corrente di alimentazione proveniente dalla rete con cui gli avvolgimenti rotorici (5) sono alimentati.
5. Motore in accordo con una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui detti mezzi elettronici di commutazione elettronica comprendono mezzi interruttori a transistore (7).
6. Motore elettrico in accordo con la rivendicazione da 1 a 4, in cui detti mezzi elettronici di commutazione elettronica comprendono MOSFET (7).
7 . Motore elettrico multipolo in accordo con una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui: - detto statore (2) è formato da una pluralità di lamierini statori (21) accostati fra loro per formare un pacco statorico; - detti lamierini statorici (21) presentano un profilo perimetrale comprendente porzioni perimetrali sporgenti (22) e porzioni perimetrali rientranti (23), e - almeno due lamierini statorici (21) di detto pacco statorico sono posizionati in modo che a prime sporgenze perimetrali (22) di un primo lamierino statorico (21) corrispondano rientranze perimetrali (23) di un secondo lamierino statorico (21), dette prime sporgenze perimetrali (22) di detto primo lamierino statorico (21) individuando una alettatura perimetrale in detto pacco statorico per incrementare la dissipazione del calore.
8. Motore elettrico multipolo in accordo con la rivendicazione 7, in cui lamierini statorici (21) contigui di detto pacco statorico sono posizionati in modo che a prime sporgenze perimetrali (22) di un lamierino statorico (21) corrispondano rientranze perimetrali (23) del lamierino statorico (21) contiguo .
9. Metodo per gestire il funzionamento di un motore elettrico, comprendente le fasi di: - predisporre un motore elettrico in accordo con una gualunque delle rivendicazioni da 1 a 8; - alimentare ad una prefissata tensione (VM) detti avvolgimenti rotorici (5) associati a detto rotore (3) per generare un campo magnetico rotorico; alimentare detti avvolgimenti statorici (4) associati a detto statore (2) per generare un campo magnetico statorico, caratterizzato dal fatto che: detti avvolgimenti rotorici individuano elementi induttivi per determinare una caduta di tensione rotorica (AV) nella corrente in essi circolante rispetto alla tensione di alimentazione (VM) con cui sono alimentati e detto motore elettrico (1) comprende mezzi elettronici di commutazione elettronica che operano in serie elettrica a detti avvolgimenti rotorici per lavorare ad una tensione (Vs) corrispondente alla tensione (VM) con cui detti avvolgimenti rotorici (5) sono alimentati diminuita di detta caduta di tensione rotorica (AV), così da rendere possibile l'impiego di mezzi elettronici di commutazione a basso voltaggio.
10. Metodo in accordo con la rivendicazione 9, in cui: -detti avvolgimenti rotorici (5) associati a detto rotore (3) sono alimentati in corrente alternata AC dalla rete elettrica ad una prefissata tensione di rete (VM) attraverso contatti striscianti non commutati ; detti mezzi elettronici di commutazione elettronica effettuano una commutazione elettronica della corrente per detti avvolgimenti statorici (4) associati a detto statore (2).
11. Metodo in accordo con la rivendicazione 9 o 10, in cui detti avvolgimenti rotorici (5) associati a detto rotore (3) sono direttamente alimentati in corrente Γ alternata AC dalla rete elettrica alla prefissata tensione di rete (VM) attraverso contatti striscianti non commutati.
12. Metodo in accordo con una qualunque delle rivendicazioni da 9 a 11, in cui detti mezzi elettronici di commutazione elettronica (7) effettuano una inversione ciclica del campo magnetico statorico in modo corrispondente ad ogni inversione ciclica del campo magnetico rotorico determinato dalle inversioni di fase della corrente di alimentazione proveniente dalla rete con cui gli avvolgimenti rotorici (5) sono alimentati.